masterthesis/Masterarbeit.tex

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Setup des Dokuments
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\documentclass[12pt,a4paper,twoside,parskip=half-,headsepline,headinclude]{scrreprt} % Grundgröße 12pt, zweiseitig
% Packages from template
\usepackage[headsepline,automark]{scrlayer-scrpage} % Seitenköpfe automatisch
\KOMAoptions{headinclude} % Fix
\usepackage[german]{babel} % Sprachpaket für Deutsch (Umlaute, Trennung,deutsche Überschriften)
\usepackage{graphicx,hyperref} % Graphikeinbindung, Hyperref (alles klickbar, Bookmarks)
\usepackage{amssymb} % Math. Symbole aus AmsTeX
\usepackage[utf8]{inputenc} % Umlaute
% Custom packages
\usepackage[autostyle=true,german=quotes]{csquotes} % Anführungszeichen mit \enquote{}
\usepackage{textcomp} % Zusätzliches Package für °C
\usepackage{listings} % Codesnippets
\usepackage{scrhack} % Hack for lstlisting i suspect :-/
\usepackage{xcolor}
\usepackage{float}
\usepackage{soul}
\usepackage{verbatim} % für comment-environment
\usepackage{amsmath}
% Setup für Codeblocks
\lstset{
	% Optionen
	breaklines=true,
	breakatwhitespace=true,
	breakautoindent=true,
	frame=single,
	%framexleftmargin=19pt,
	inputencoding=utf8,
	%language=awk,
	%numbers=left,
	%numbersep=8pt,
	showspaces=false,
	showstringspaces=false,
	tabsize=1,
	%xleftmargin=19pt,
	captionpos=b,
	% Styling
	basicstyle=\footnotesize\ttfamily,
	commentstyle=\footnotesize,
	keywordstyle=\footnotesize\ttfamily,
	numberstyle=\footnotesize,
	stringstyle=\footnotesize\ttfamily,
}
% Hack für Sonderzeichen in Codeblocks
\lstset{literate=%
    {Ö}{{\"O}}1
    {Ä}{{\"A}}1
    {Ü}{{\"U}}1
    {ß}{{\ss}}1
    {ü}{{\"u}}1
    {ä}{{\"a}}1
    {ö}{{\"o}}1
    {°}{{${^\circ}$}}1
}

% Befehl für TODO-Markierungen
\newcommand{\todo}[1]{\textcolor{blue}{\emph{TODO: #1}}}

% Befehl für Entwürfe und grobe Pläne
%\newenvironment{draft}{\par\color{orange}\begin{center}Entwurf / Konzept\end{center}\hrule}{\hrule\par}

% Broken citation needs broken command
\newcommand\mathplus{+}

% Festlegung Kopf- und Fußzeile     
\defpagestyle{meinstil}{%
	{\headmark \hfill}
	{\hfill \headmark}
	{\hfill \headmark\hfill}
	(\textwidth,.4pt)
}{%
	(\textwidth,.4pt)
	{\pagemark\hfill Jan Philipp Timme}
	{Version 1.0 vom \today \hfill \pagemark}
	{Version 1.0 vom \today \hfill \pagemark}
}
\pagestyle{meinstil}

\raggedbottom

\renewcommand{\topfraction}{1}
\renewcommand{\bottomfraction}{1}
 
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Beginn des Dokuments (Titelseite und der ganze Krempel)
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\begin{document}

% Titelseite
\thispagestyle{empty}
\includegraphics[width=0.2\textwidth]{res/Wortmarke_WI_schwarz.pdf}
{ ~ \sffamily
	\vfill
	{\Huge\bfseries Konzeption und Umsetzung eines IPv6-VPN für die Abteilung Informatik}
	\bigskip

	{\Large Jan Philipp Timme
		\\[2ex]
		Masterarbeit im Studiengang "`Angewandte Informatik"'
		\\[5ex]
		\today
	}
}
\vfill
	~ \hfill
	\includegraphics[height=0.3\paperheight]{res/H_WI_Pantone1665.pdf}
\vspace*{-3cm}

% Seite mit Personen und Selbstständigkeitserklärung
\newpage \thispagestyle{empty}
\begin{tabular}{ll}
{\bfseries\sffamily Autor} &  Jan Philipp Timme \\ 
	& Matrikelnummer 1433117 \\
	& Abteilung Informatik, Fakultät IV \\
	& Hochschule Hannover \\
	& jan.philipp@timme.it \\[5ex]
{\bfseries\sffamily Erstprüfer} & Prof. Dr. Stefan Wohlfeil \\
	& Abteilung Informatik, Fakultät IV \\
	& Hochschule Hannover \\
	& stefan.wohlfeil@hs-hannover.de \\[5ex]
{\bfseries\sffamily Zweitprüfer} & N.N. \\
	& Abteilung Informatik, Fakultät IV \\
	& Hochschule Hannover \\
	& N.N@hs-hannover.de
\end{tabular}

\vfill

% fett und zentriert in der Minipage
\begin{center} \sffamily\bfseries Selbständigkeitserklärung \end{center}

Hiermit erkläre ich, dass ich die eingereichte Bachelor-Arbeit
selbständig und ohne fremde Hilfe verfasst, andere als die von mir angegebenen Quellen
und Hilfsmittel nicht benutzt und die den benutzten Werken wörtlich oder
inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe. 
\vspace*{7ex}

Hannover, den \today \hfill Unterschrift

\pdfbookmark[0]{Inhalt}{contents}
% Inhaltsverzeichnis
\tableofcontents

% Abbildungsverzeichnis
%\listoffigures
% Codeverzeichnis
% \lstlistoflistings
% Tabellenverzeichnis
%\listoftables

\newpage

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%% Hier geht es richtig los mit dem Text!
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%


\chapter{Einleitung}
Die Verwendung von IPv6 im Internet hat in den letzten Jahren zugenommen:
Immer mehr Dienste können über IPv6 erreicht werden, und auch die Internetanbieter bieten ihren Kunden zunehmend IPv6-fähige Internetanschlüsse an.
Auch das Netzwerk der Abteilung Informatik an der Hochschule Hannover ist bereits seit einigen Jahren \todo{Seit wann?} durch eine Tunnellösung über IPv6 an das Internet angebunden.
Diese Tunnellösung wurde Anfang 2018 durch die Einrichtung von nativem Routing von IPv6 abgelöst.

Die Abteilung Informatik bietet ihren Mitarbeitern über einen VPN-Dienst Zugang in ihr internes Netzwerk.
Dieser Dienst ist jedoch nur über IPv4 erreichbar und ermöglicht Zugriffe in das Abteilungsnetzwerk ausschließlich über IPv4.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein neuer VPN-Dienst konzipiert werden, der die Idee des bisherigen IPv4-VPN-Dienst um IPv6 erweitert.
Dazu wird als erstes die Netzarchitektur des Abteilungsnetzes erfasst und die Anforderungen an den VPN-Dienst dokumentiert.
Darauf aufbauend wird dann ein Konzept erstellt, welches in weiteren Schritten technisch umgesetzt wird.
\todo{Einleitung ab hier ergänzen: Welche Schritte kommen noch, welche Technologien werden betrachtet?}


\chapter{Netzarchitektur der Abteilung Informatik}
Das Netzwerk der Abteilung Informatik wird durch eine Firewall vom Netzwerk der Hochschule Hannover und dem Internet getrennt.
An der Firewall angeschlossen sind zwei lokale Netzwerke: Die DMZ und das interne Abteilungsnetzwerk, welches durch einen zentralen Switch mit VLANs\footnote{Virtual Local Area Network (IEEE 802.1Q)} in verschiedene Segmente unterteilt wird.
Zusätzlich sind das Netzwerklabor und das IT-Sicherheitslabor über ihre eigenen Router an den Switch angeschlossen.
Eine Skizze der beschriebenen Netzwerktopologie ist in Abbildung~\ref{fig:topology_simple} zu sehen.
\begin{figure}[ht]
% Trim, da diese Grafik als PDF auf DIN A4 vorliegt.
\frame{\includegraphics[trim=75 499 75 75,clip,width=\textwidth]{img/Netzwerktopologie_simpel.pdf}}
\caption{Skizze der Netzwerktopologie der Abteilung Informatik}
\label{fig:topology_simple}
\end{figure}


\section{Firewallkonzept}
Die im Netzwerk der Abteilung Informatik verwendeten LANs und VLANs werden im Firewallkonzept als verschiedene Sicherheitszonen betrachtet.
Im Rahmen dieser Arbeit ist es lediglich notwendig, zwischen folgenden Zonen zu unterscheiden:
\begin{itemize}
\item Internet und Netzwerk der Hochschule
\item DMZ
\item Mitarbeiter-Netz
\item Pool-PC-Netz
\item Labor-Netze
\end{itemize}

Tabelle~\ref{tab:firewall_zone_access} veranschaulicht die im Firewallkonzept geregelten Zugriffe zwischen verschiedenen Sicherheitszonen.
\begin{table}[ht]
\begin{tabular}{ |*{6}{|l}|| } 
\hline
 & \multicolumn{5}{|c||}{Nach Zone} \\
Von Zone & Internet & DMZ & Mitarbeiter & Pool-PCs & Labor-Netze \\
\hline
Internet		& --- 	& Ja	& Nein	& Nein	& Nein	\\
DMZ				& Nein	& ---	& Nein	& Nein	& Nein	\\
Mitarbeiter		& Ja	& Ja	& ---	& Ja	& Ja	\\
Pool-PCs		& Ja	& Ja	& Nein	& ---	& Nein	\\
Labor-Netze		& Ja	& Ja	& Nein	& Nein	& ---	\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Erlaubte Zugriffe zwischen Sicherheitszonen}
\label{tab:firewall_zone_access}
\end{table}


\chapter{Anforderungsanalyse}
In diesem Abschnitt werden alle Anforderungen betrachtet, die an den zu konzipierenden VPN-Dienst gestellt werden.

\begin{itemize}
\item Der VPN-Dienst soll aus dem Internet über IPv4 und IPv6 erreichbar sein
\item Der VPN-Dienst soll die Protokolle IPv4 und IPv6 innerhalb des VPN anbieten
\item Die Serverkomponente des VPN-Dienst soll auf einer aktuellen Version von Debian betrieben werden
\item Für den VPN-Dienst sollen Clients auf aktuellen Versionen gängiger Betriebsysteme zur Verfügung stehen
\begin{itemize}
\item Microsoft Windows 10 (Version 1709 oder höher)
\item Apple MAC OS ab Version 10.13
\item Linux-Distributionen ab Kernel Version 3.10
\end{itemize}
\item Es stehen keine finanziellen Mittel für den Erwerb einer Lösung zur Verfügung
\item Nur die internen Netzbereiche der Abteilung Informatik sollen über den VPN-Dienst geroutet werden
\item Die Kommunikation zwischen VPN-Client und VPN-Dienst soll authentisiert und vertraulich stattfinden
\item Benutzer des VPN-Dienst sind Mitarbeiter der Abteilung Informatik
\item Das Benutzerverhalten soll nur im Rahmen der Fehlersuche protokolliert werden
\end{itemize}


\chapter{Konzeption}
Als Lösungen stehen unter anderem OpenVPN und IPsec\cite{RFC4301}[Siehe hier] im Raum.

\chapter*{Anhang}
\addcontentsline{toc}{chapter}{Anhang}

\begin{figure*}[ht]
\frame{\includegraphics[trim=0 120 0 20,clip,width=\textwidth]{img/Abt-I-Architektur-2018.pdf}}
\caption{Dokumentation Netzarchitektur der Abteilung Informatik}
\label{fig:topology_provided_full}
\end{figure*}



%%% Ende inhaltlicher Inhalt! %%%

% Literaturverzeichnis
\clearpage

% Schlüssel als Buchstaben
\bibliographystyle{alpha}
\bibliography{Literaturverweise}
% Und JETZT zum Inhaltsverzeichnis hinzufügen. Geil!
\addcontentsline{toc}{chapter}{Literaturverweise}
\end{document}
% Nothing beyond this line!


% Referenz auf Bibtex mit Kommentar
% \cite{robbins:gawk}[Siehe ab S.95]

% Einbinden von Tex-Files
%\input{abkuerz.tex}
%\input{einfuehrung.tex}

% Einbinden von größeren Tex-Files, z.B. Kapiteln
%\include{normen}
%\include{aufbau}
%\include{zitieren}
%\include{form}
%\include{allgtips}